JP3717375B2

JP3717375B2 - 光ファイバネットワークシステム

Info

Publication number: JP3717375B2
Application number: JP2000212395A
Authority: JP
Inventors: 寛文渡辺
Original assignee: シンクレイヤ株式会社
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JP2002026945A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は端末装置間で双方向にデータ通信を行うネットワークシステムおよびそのシステムに使用される分岐／分配器並びに増幅器等の高周波伝送装置に関する。本発明は、一般的に、ディジタルネットワークに関するものであり、適用される範囲には、特に、制限がない。即ち、従来のケーブルテレビネットワーク等のような局所的なネットワークの他、電話線路網等のような全国に広がる大規模ネットワークであっても良い。
【０００２】
【従来の技術】
従来アナログ情報であった映像信号、音声信号は近年デジタル化され、そのデジタル信号は光ファイバを用いたネットワークシステムで伝送されている。例えば、ＣＡＴＶネットワークシステムがある。ここでは、テレビジョン信号（以下、ＴＶ信号。）に加えインタネット等のデジタル化された画像データ、音声データ、文字データが伝送されている。
このシステムでは、通常２つの周波数帯が使用されている。１つは、ＣＡＴＶセンタへの上り信号を伝送する１０〜５０ＭＨｚの周波数帯であり、他の１つは需要家への下り信号を伝送する７０〜７７０ＭＨｚの周波数帯である。これらの信号は、周波数多重により伝送されている。
光ファイバ伝送路への送出時は、この周波数多重信号により例えばレーザを強度変調して送出している。即ち、伝送される信号は、上り信号、下り信号とも所謂アナログ変調された信号である。そして、受信時はアナログ復調してデジタル信号に復調している。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、従来の情報ネットワークシステムは、例えば電話回線、ＣＡＴＶネットワーク、衛星放送、地上波放送等分かれ、それぞれのネットワークにたいして個別の端末装置が必要であり、需要家にとって必ずしもコスト効率のよいシステムではなかった。
又、従来システムは情報はデジタル化されているが、伝送方式は上述のようにアナログ方式である。従って、データ通信帯域に、アナログ伝送方式特有の所謂流合雑音が混入する場合があり、品質の良いデータ通信を保証するものではなかった。更に、上り帯域が十分に確保できないため、将来の通信需要の増大に対応できるものではなかった。
【０００４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、光ファイバネットワークシステムに完全デジタル時分割多重化方式を採用して、従来の地上波放送、衛星放送、インタネット情報、音声情報（電話情報）等の情報を一括して供給するコスト効率が高く利便性の高いサービスを提供することである。
又、上述の完全デジタルＴＤＭ（時分割多重）方式を採用することによりアナログ方式に特有な不安定要素を排除し、品質の高いデータ通信を提供することである。
又、ノード装置が加入者からの要求に応じて、ネットワークから情報を選択し必要情報のみを提供する利便性の高いデータ通信を提供することである。
更に、上り方向にもＴＤＭ方式を採用して、将来の双方向通信需要の増大に対応することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記の課題を解決するために請求項１に記載の光ファイバネットワークシステムは、中央装置と複数の中継装置と複数の需要家を伝送路で結び、少なくとも中央装置と複数の中継装置間は伝送路が光ファイバであって、映像信号、音声信号、又は、データ信号からなるデジタル信号を双方向に伝送する光ファイバネットワークシステムであって、中央装置はデジタル信号を時分割多重してベースバンド方式の光信号で複数の中継装置に送信し、複数の中継装置は中央装置又は需要家の要求に応じて時分割多重されたデジタル信号から必要なデジタル信号を選択し、その需要家に伝送する。
【０００６】
中央装置は、デジタル信号を時分割多重してベースバンド信号の光信号で複数の中継装置に送信する。このデジタル信号は、例えば衛星放送、地上波放送等のＴＶ放送信号、ビデオ信号、電話回線の音声信号、音楽信号等のデジタル化された全ての信号を意味し、常時送信されるデジタル信号と必要に応じて送信されるデジタル信号の両者を含む。
又、時分割多重されたデジタル信号は、例えば１サイクル中に時系列に設けら得たタイムスロットに上記デジタルデータが配置された信号を意味する。所謂１種のベースバンド信号である。
【０００７】
複数の中継装置は中央装置又は需要家の要求に応じて時分割多重されたデジタル信号から必要なデジタル信号を選択し、その需要家に伝送する。例えば、電話回線機能で中央装置から特定の需要家が選択された場合は、その音声情報を需要家に伝送する。又、逆に需要家から例えば特定のＴＶ放送の送信要請があれば、多重化信号からそのＴＶ放送のみ選択して伝送する。
光ファイバは、１波長当たり数１０ＧＢＰＳまで伝送可能である。従って、様々な情報を時系列に時分割して配列すれば１本の光ファイバそれらを伝送することができる。即ち、需要家は単一の受信装置で様々な上記情報を得ることができる。よって、情報取得においてコスト効率の高い優れたシステムとなる。
又、中継装置は需要家の必要な時のみ必要な情報を伝送すればよい。これにより、更にコスト効率の高いシステムとなる。
【０００８】
更に、中継装置は需要家と通信するためのインタフェース手段と、中央装置へ送出するためのタイムスロットを探索するタイムスロット探索手段と、インタフェース手段によって得られた需要家からのデジタル信号を時分割してそのタイムスロットに配置して送出する時分割多重化手段と、需要家からの要求に応じて中央装置から送信された多重化デジタル信号から必要なデジタル信号を選択する多重化分離手段とを備える。
【０００９】
中継装置のインターフェース手段は、例えば共通のプロトコル（通信規約）で需要家と通信する。そして、例えば需要家からデータ転送の要求があった場合は、タイムスロット探索手段が中央装置へ送出するためのタイムスロットを探索し、時分割多重化手段が需要家からのデジタル信号を時分割してその探索したタイムスロットに配置する。即ち、時分割多重化でその要求を中央装置へ送出する。
中央装置から例えばデータ転送の応答があった場合は、多重化分離手段が中央装置からの多重化デジタル信号から必要なデジタル信号を選択し、上記インタフェース手段を介して需要家に送出する。これにより、需要家と中央装置の双方向通信が可能となる。即ち、各需要家は中央装置を介して双方向通信することができる。又、他のネットとも双方向通信可能となる。尚、上記選択は、例えば上記記載のタイムスロットの選択である。
【００１０】
請求項２に記載の光ファイバネットワークシステムによれば、光信号の波長は複数であり、デジタル信号はその複数光で伝送されることを特徴とする。ここに、光信号はデジタル信号を伝達するキャリアである。キャリアを複数することで、より多くの情報を伝送することができる。又、波長を複数設けることで、複数のファイバーケーブルを設けたのと等価に構成できる。即ち、各中継装置毎の光ファイバーを敷設する代わりに、各中継装置毎にそれぞれの波長の光を用いて、１本の光ファイバーケーブルを用いたシステムが可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の光ファイバネットワークシステムは、光ファイバが少なくとも中継装置と需要家間ではプラスチックファイバであることを特徴とする。一般に、需要家の必要とする情報は少量であり、安価なプラスチックファイバの伝送容量で十分である。従って、需要家の負担をより軽減する安価なシステムが構築できる。
【００１２】
請求項４に記載の光ファイバネットワークシステムによれば、中央装置は複数の外部メディアと通信するインタフェース手段と、そのインタフェース手段によって得られた所定のデジタル信号を時分割して特定のタイムスロットに配置し、常時、中継装置に送出する第１時分割多重化手段と、中継装置側から送出され時分割多重化されたデジタル信号から所定のデジタル信号を分離する多重化分離手段と、需要家からの要求に応じてその要求のデジタル信号を時分割し、不定のタイムスロットに配置して送出する第２時分割多重化手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
中央装置のインタフェース手段は複数の外部メディアと通信し、所定のデジタル信号を得る。所定のデジタル信号とは、例えば衛星放送、地上波放送等のＴＶ信号である。そして、第１時分割多重化手段がその所定のデジタル信号を時分割して特定のタイムスロットに配置し、常時、中継装置に送出する。即ち、需要の大きい例えばＴＶ信号は特定のタイムスロットに固定的に配置され、常時、配信される。よって、需要家の要求に常時備えることができる。
【００１４】
又、中央装置の多重化分離手段は、中継装置側から送出され時分割多重化されたデジタル信号から所定のデジタル信号を分離する。所定のデジタル信号とは、例えば制御用信号、インタネット用データ信号である。これにより、中継装置側からの要求を読みとる。例えば、インタネット用データ信号であれば上記インタフェース手段を介してインタネットに送出する。
又、需要家からの制御信号、例えば特別な要求信号であれば、第２多重化手段が上記特定個所以外のタイムスロットにその信号を時分割して配置して送信する。これにより、需要家の個別要求に柔軟に対応するシステム、例えばビデオ・オン・デマンドに対応するシステムとなる。
【００１５】
請求項５に記載の光ファイバネットワークシステムによれば、タイムスロット探索手段は商用の電話回線に対して特定のタイムスロットを設定し、電話回線のタイムスロットは前記時分割多重化信号の１サイクル中に少なくとも１スロット以上設定されることを特徴とする。
中継装置のタイムスロット探索手段は、需要家から電話回線の要求があった場合は、時分割多重の１サイクル中に少なくとも１スロット以上設定する。これにより、電話回線は中断されることはない。よって、品質の保証された電話回線も提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
（第１実施例）
図１に本発明の光ファイバネットワークシステムの１例を示す。図は、システム構成図である。本実施例の光ファイバネットワークシステムは、中央装置であるセンタ装置１０、センタ装置１０から延出された大容量伝送が可能な光ファイバ２０、その光ファイバ２０に接続された中継装置であるノード装置３０、ノード装置３０から延出された、例えば、小容量伝送型のプラスチックファイバーから成る光ファイバ２５、その先端に設置された需要家４０から構成される。上記センタ装置１０は、通常、例えば外部ネットワークであるインタネット５０に接続されている。又、各ノードは別の経路からのファイバによっても接続されており、一方の経路が遮断された場合に他方の経路からの信号を受信できるように構成されている。
ここで、需要家４０とは例えば衛星放送、地上波放送を受信可能なＴＶ受信装置、インタネット等を介して画像情報、音声情報、文字情報を送受信するコンピュ−タ装置及び電話機、音声情報、音楽情報、文字情報を受信するオーディオ装置等、デジタル化された光信号で情報を送受信するデジタル情報機器を備えた加入者を意味する。尚、需要家４０が従来の電気信号で情報の送受信する場合は、光ファイバ３５に代えてツイストペア線２５を用いてノード装置３０に接続される。
【００１７】
このネットワーク形態は、需要家４０に直接又は近隣まで光ファイバが敷設されることから、ＦＴＴＮ（Fiber To The Neighborhood）もしくはＦＴＴＣ（Fiber To The Curb）と呼ばれている。
又、上記光ファイバ２０は詳細には、広帯域特性を持つシングルモード型グラス光ファイバーであり、光ファイバ３５はプラスチックファイバ（ＰＯＦ）又はハードコアプラスチックフアイバ（ＨＣＰＦ）である。
【００１８】
次に、それぞれの構成を示す。センタ装置１０の構成は図２の通りである。本実施例のセンタ装置１０は、様々なメディアの情報を送受信するインターフェース１１、受信したデジタル情報を時分割多重する時分割多重化装置１２、ノード装置３０からのデジタル情報を分離する多重化分離装置１３、電気信号と光信号を変換する光電変換器Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅから構成される。
ここで様々なメディアとは、上記デジタル化された情報を扱うインターネット網５０、及び図示しないＴＶ放送局、ラジオ局、電話局、他のＬＡＮシステム又は他のセンタ装置１０である。
【００１９】
又、ノード装置３０の構成は図３の通りである。ノード装置３０は、センタ装置１０又は需要家４０の要求に応じてセンタ装置１０から送出された時分割多重データから要求チャネルを選択する選択手段である多重化分離装置３１、需要家４０からのデータを時分割多重する時分割多重化装置３２、プロトコルを変換し各需要家４０と通信を行うための通信制御機能を有するインタフェース３３（例えばＩＥＥＥ−１３９４規格に基づくインタフェース）、電気信号と光信号を変換する光電変換器Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ、更にデータの一時保管や制御データを格納するための図示しないメモリー等で構成される。
【００２０】
次に、信号の流れに従って各構成要素の機能を説明する。伝送される信号は、センタ装置１０から需要家４０への下り信号とその逆の上り信号に分けられる。下り信号は、主にＴＶ信号、ラジオ信号等の放送信号である。先ず、下り信号の伝送方法について説明する。
センタ装置１０のインタフェース１１は、様々な上記メディアからＴＶ放送、ラジオ放送、音楽放送（有線放送）を取り込み、時分割多重装置１２に送出する。
【００２１】
時分割多重化装置１２は、各信号を時分割して時系列上に配置して送信する装置である。換言すれば時分割多重化装置１２は、図４に示す１サイクル中に例えば数十のタイムスロットＴ_Kを有しており、その各タイムスロットＴ_Kに各メディアの信号を時分割して配置する装置である。特に、１サイクル中に固定領域を設け、その領域に所定の情報を割り当てる。例えば、ＴＶ放送のチャネル１〜ＮをスロットＴ₁〜Ｔ_Nに、有線放送のチャネル１〜ＭをスロットＴ_N+1〜Ｔ_N+Mに割り当てる。これにより、上記メディアの情報は常時送信される。
尚、この時分割多重化方法はビット多重方式又はワード多重方式である。ビット単位又はワード単位の情報を上記タイムスロットに割り当てる方式である。即ち、ビット単位又はワード単位で情報が送信される。そして、光電変換器Ｅ／Ｏより光ファイバ２０に送出される。
【００２２】
光ファイバ２０に送出された上記時分割多重化信号は、全てのノード装置３０に送信される。ノード装置３０は需要家４０との通信制御を行うインタフェース３３を備えており、このインターフェース３３により需要家４０の要求を受け付ける。需要家４０から指定チャネルの送信要求がある場合のみ、そのチャネルを上記タイムスロットＴ_kから選択し、光電変換器Ｅ／Ｏと光ファイバ３５を介して送信する。これにより、需要家４０には指定されたチャネルの情報が送信される。即ち、需要家４０から見れば、要求した１チャンネルないし複数の放送チャンネルのみが送信されるデマンドアクセス方式となる。
【００２３】
上記光ファイバ２０は、数１０ＧＢＰＳまで伝送可能である。即ち、様々な情報が時系列に時分割されて１本の光ファイバで伝送される。そして、需要家はそれらを選択するだけで様々な上記情報を得ることができる。よって、情報取得においてコスト効率の高い優れたシステムとなる。逆に、ノード装置３０は、需要家４０の必要な時のみ必要な情報を伝送すればよい。これにより、更にコスト効率の高いシステムとなる。
【００２４】
（第２実施例）
第１実施例は、中央装置からの１方向性伝送システム即ち、時分割多重化信号の固定領域を用いてデータ伝送するシステムについて説明した。第２実施例では、双方方向性システムについて説明する。即ち、時分割多重化信号の不定使用領域であるバッファ領域を用いて、需要家の要求毎にその情報を送信する双方向システムについて説明する。尚、システム構成は第１実施例と同等である。バッファ領域とは、常時、伝送させる放送信号が伝送されるタイムスロット以外の不定期的に信号が伝送されるタイムスロットの意味である。この意味で、不定のタイムスロットと表現している。又、この不定のタイムスロットは、電話、データ等の情報の種類毎に固定的に割り当てられたものでも良く、使用するタイムスロットの位置が固定されずに、通信毎に変動するものであっても良い。
【００２５】
先ず、需要家４０が光ファイバネット３５を介してノード装置３０に上記固定領域にない例えばビデオチャネル（又はビデオタイトル）を送信する。ノード装置３０は、光電変換器Ｏ／Ｅを介してインタフェース３３でそれを読む。上記チャネルは固定領域にないので、次いでその要求を時分割多重化装置３２に送出する（図３）。時分割多重化装置３２は、図５に示すタイムスロットＴ_k内に需要家４０のアドレスと要求するデータ（ビデオチャネル又はビデオタイトル）を書き込み上位のセンタ装置１０に送信する。
【００２６】
センタ装置１０はその要求を多重化分離装置１３で受信して読みとり、例えば図示しないビデオサーバーにアクセスする。そして、得られたビデオ信号と需要家４０のアドレスを時分割多重化装置１２で送信する。この時、時分割多重化装置１２は不定使用領域であるバッファ領域のタイムスロットＴ_B1で伝送する（図４）。
ノード装置３０は、センタ１０からの時分割多重化信号を受信し、多重化分離装置３１でそのアドレスとビデオ信号を分離して、要求のあった需要家４０に伝送する。ビデオオンデマンドは、このように行われる。
【００２７】
又、需要家４０はインタネット５０等とデータの送受信を要求する場合がある。この場合は、ノード装置３０は、図５に示すタイムスロットＴ_kを設けて開放する。例えば、需要家４０からデータがパケットで送信されれば、そのパケット全てをそのタイムスロットＴ_kに書き込んで上位のセンタ装置１０に送信する。そして、センタ１０は多重化分離装置１３により、その部分のみを分離してインタネット５０に送信する。即ち、プロトコルが干渉しない透過伝送方式とする。
【００２８】
逆に、インタネット５０からのデータを送信する場合は、センタ装置１０の多重化装置１２は、そのパケットデータをバッファ領域に書き込み、同様に透過伝送方式とする。これにより、インタネットデータはセンタ装置１０とノード装置３０を透過する様に伝送される。即ち、センタ装置１０とノード装置３０のプロトコルに干渉することなくデータ伝送が完全に行われる。双方向データ通信は、このようにして行われる。
尚、この時、ノード装置３０と需要家４０で使用されるプロトコルは、センタ１０とノード装置３０で使用されるそれとは異なるプロトコルとする。例えば、１ＥＥＥ−１３９４の規格のプロトコルとする。このプロトコルは、高速双方向通信機能を有するデジタル機器の最も汎用的プロトコルであるからである。このプロトコルを用いれば、様々な機器が容易に接続可能となる。よって、需要家４０にとってより利便性に優れた光ファイバネットワークシステムとなる。
【００２９】
更に、この機能は、単なるデータ通信のみならずシステム保全にも使用される。例えば、数〜数十サイクルに１度の割合で、システム監視、障害処理、加入者管理等のシステムの管理・運営機能などを行ってもよい。そのプロトコルを独立した上位プロトコルとすれば、互いに干渉することなく通信することができる。
【００３０】
（第３実施例）
第２実施例は、インタネット等と双方向データ通信する光ファイバネットワークシステムシステムについて説明した。この場合は、例えば文字データの送受信においては、そのデータはタイムチャートの１サイクル中に必ずなくてもよい。次の１サイクル中にあって、トータルでデータが伝送されれば良い。
第３実施例では、上記１サイクル中に必ずそのデータを確保する例である。例えば、実時間で音声通話する所謂電話機能を構築する例である。尚、そのシステム構成は第１、第２実施例と同等である。
【００３１】
先ず、需要家４０がノード装置３０に電話機能要求をする。ノード装置３０は、インタフェース３３でそれを検知する。そして、上り信号のタイムチャートの各サイクルのタイムスロットＴ_K（図５）に確実に電話チャネルを設ける。又、電話チャネルを設けたことをセンタ装置１０に知らせる。これにより、センタ装置１０も下り信号の１サイクルのバッファ領域（図４）に確実に電話チャネルを設ける。
【００３２】
次いで、デジタル化された音声信号を受信したノード装置３０は、その信号をタイムスロットＴ_Kに書き込む。そして、音声信号は時分割多重化装置３２により、多重化されてセンタ装置１０に送信される。この時、音声信号はプロトコルが異なるので第２実施例の透過方式によって、電話回線にそそまま伝送される。逆に、電話回線からの信号もそのままセンタ装置１０とノード装置３０を透過し、需要家４０に伝送される。この時、音声のタイムスロットＴ_Kへの割り当ては優先的に行われる。即ち、音声通話において、時間的に情報が途切れることはない。所謂ＱＯＳ（Quality on Service）機能が確保される。音声通話サービスは、このようにして行われる。
【００３３】
（変形例）
以上、本発明を表わす１実施例を示したが、他にさまざまな変形例が考えられる。例えば、第１実施例において、ノード３０の上流はセンタ１０としたが、ノード装置３０の上位に更にノード装置３０を設けて拡張しても良い。
又、第３実施例において、音声通信は、音声が発生する毎に、空いているタイムスロットを割り当て、音声が発生していない場合には、タイムスロットを開放する方式であっても良い。
【００３４】
又、第１実施例では、単一波長の光をキャリアとしたが、このキャリアは複数でもよい。即ち、波長多重通信方式であっても良い。キャリア光を複数にして、それぞれを時分割多重としてもよい。センタ装置１０とノード３０間に、更にチャネルを増設することができ、より多くの情報を伝送することができる。
【００３５】
又、第１、第２実施例とも複数のノード装置３０と複数の需要家４０をスター状に配置したが、ツリー状に配置しても良い。又、直線状に配置するマルチドロップ型にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係わる光ファイバネットワークシステムの構成図。
【図２】本発明の第１実施例に係わるセンタ装置の構成図。
【図３】本発明の第１実施例に係わるノード装置の構成図。
【図４】本発明の第１実施例に係わる時分割多重化信号のタイムチャート。
【図５】本発明の第２実施例に係わるノード装置の生成する時分割多重化信号のタイムチャート。
【符号の説明】
１０センタ装置
１１インタフェース
１２時分割多重化装置
１３多重化分離装置
２０光ファイバ
２５ツイストケーブル
３０ノード装置
３１多重化分離装置
３２時分割多重化装置
３３インタフェース
３５光ファイバ
４０需要家
５０インタネット

Claims

中央装置と複数の中継装置と需要家からなるネットワークシステムであって、少なくとも前記中央装置と前記複数の中継装置間の伝送路は光ファイバであり、映像信号、音声信号、又は、データ信号からなるデジタル信号を双方向に伝送する光ファイバネットワークシステムであって、
前記中央装置は、前記デジタル信号を時分割多重してベースバンド方式の光信号で前記複数の中継装置に送信し、
前記複数の中継装置は、前記中央装置又は需要家の要求に応じて時分割多重された前記デジタル信号から必要なデジタル信号を選択して、前記需要家に伝送し、
前記中継装置は、前記需要家と通信するためのインタフェース手段と、
前記中央装置へ送出するためのタイムスロットを探索するタイムスロット探索手段と、
該インタフェース手段によって得られた前記需要家からのデジタル信号を時分割して前記タイムスロットに配置して送出する時分割多重化手段と、
前記需要家からの要求に応じて前記中央装置から送信された前記多重化デジタル信号から必要なデジタル信号を選択する多重化分離手段とを備えたことを特徴とする光ファイバネットワークシステム。
前記光信号の波長は複数であり、前記デジタル信号は複数光で伝送されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバネットワークシステム。
前記光ファイバは、少なくとも前記中継装置と需要家間でプラスチックファイバであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバネットワークシステム。
前記中央装置は、複数の外部メディアと通信するインタフェース手段と、
該インタフェース手段により得られた所定のデジタル信号を時分割し、特定のタイムスロットに配置して、常時、前記中継装置に送出する第１時分割多重化手段と、
前記中継装置側から送出され、時分割多重化された前記デジタル信号から所定のデジタル信号を分離する多重化分離手段と、
前記需要家からの要求に応じて該要求のデジタル信号を時分割し、不定のタイムスロットに配置して送出する第２時分割多重化手段と
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバネットワークシステム。
前記タイムスロット探索手段は、商用の電話回線に対して前記タイムスロットを設定し、前記電話回線のタイムスロットは前記時分割多重化信号の１サイクル中に少なくとも１スロット以上設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光ファイバネットワークシステム。